Introducción Las camionetas pickup de servicio pesado han sostenido las cifras de ventas en Estados Unidos y a nivel mundial durante la última década@ e incluso han experimentado un aumento en las ventas en 2015. Sin embargo@ su viabilidad futura en el mercado se verá afectada por la implementación de los nuevos estándares ambientales federales CAFE 2 de los Estados Unidos. Los motores de gasolina y diésel, así como la tecnología de propulsión, han madurado y las soluciones innovadoras restantes para aumentar la eficiencia del combustible son limitadas. Lograr un peso más liviano es una de las últimas opciones disponibles para cumplir con los estándares CAFE 2 y al mismo tiempo conservar el popular tamaño@caballos de fuerza@ y la utilidad que ofrecen las camionetas de servicio pesado. Un peso más ligero se traduce en una mayor eficiencia de combustible. Cabe señalar que las ventas sostenidas durante una década se produjeron durante un período en el que los precios del gas alcanzaron niveles históricos en los Estados Unidos. Si bien las ventas disminuyeron cuando los precios promedio de la gasolina se dispararon a $4,49 por galón1 en julio de 2008@, las ventas se recuperaron rápidamente en los años siguientes. Además, las ventas de nuevos camiones pesados se vieron compensadas por una mayor retención por parte de los propietarios de sus camiones pesados más antiguos. El número de camionetas pesadas en Estados Unidos se mantuvo constante. Parte de la lealtad hacia este tipo de vehículos se puede atribuir a las innovaciones tecnológicas en motores y sistemas de propulsión que han mejorado la eficiencia del combustible y al mismo tiempo retienen a los propietarios. caballos de fuerza y torque deseados. Sin embargo, las consistentes ventas de vehículos nuevos y la retención de estos vehículos altamente utilitarios a través de la volatilidad del precio de la gasolina reflejan un grado de insensibilidad de los propietarios ante los aumentos en los costos del combustible. Si bien los propietarios pueden ser insensibles al costo del combustible, los requisitos federales de eficiencia de combustible están impulsando a los productores de camionetas pesadas a encontrar formas de cumplir con los futuros estándares de eficiencia de combustible. Cumplir con los requisitos aparentemente contradictorios de estándares federales más altos de eficiencia de combustible y al mismo tiempo satisfacer el deseo del cliente de tamaño@ utilidad@ caballos de fuerza@ y torque ha llevado a los productores a abandonar la comodidad del acero y buscar otros materiales livianos. El cambio hacia materiales más livianos no se limita a las camionetas de servicio pesado@ ni es nuevo para los vehículos de carretera. Los productores de vehículos híbridos y eléctricos reconocen la relación entre el almacenamiento de energía@el consumo de energía@ y el peso. En las primeras versiones de estos vehículos el tamaño se reducía para minimizar el peso. En los vehículos impulsados por gasolina, el tamaño también se redujo, lo que dio como resultado autos pequeños que no se han traducido en popularidad y ventas como se esperaba. Un tamaño mínimo satisface los requisitos de comodidad y utilidad humana@ y eso@ a su vez@ impulsa la demanda. Es un hecho de la física: los vehículos más grandes son más seguros que los vehículos más pequeños. Los consumidores que compran un vehículo de bajo consumo de combustible ya están gravitando hacia autos más pequeños. Al hacerlo, corren un mayor riesgo de sufrir lesiones o morir en un accidente. Los automóviles más pequeños@ y livianos generalmente no son tan seguros como los automóviles más grandes@ y pesados. Los vehículos grandes tienen capós más largos y zonas de aplastamiento más grandes, lo que les da una ventaja en choques frontales. En estudios realizados por el Instituto de Seguros para la Seguridad en las Carreteras (IIHS)@, un vehículo más pesado normalmente empujará hacia atrás a uno más ligero durante el impacto. Como resultado@ se aplicará menos fuerza a los ocupantes del vehículo más pesado y más a los del vehículo más ligero@ según IIHS. Históricamente@ las tasas de muertes de conductores por millón de vehículos registrados han sido más altas para los vehículos más pequeños y livianos. Aunque el aluminio reduce el peso en vehículos más grandes y el peso total del vehículo se reduce lo suficiente como para aumentar la eficiencia del combustible para cumplir con las futuras pautas federales, los vehículos conservarían una ventaja de peso en una colisión. La adición de aluminio o materiales híbridos de aluminio/hierro también reduciría el centro de masa de este tipo de vehículos porque el acero seguiría siendo un componente importante del chasis. Un centro de masa más bajo en relación con la altura bajaría el centro de gravedad@haría un vehículo más estable@y reduciría los casos de vuelco. Dos opciones de materiales disponibles para reducir el peso son los compuestos de fibra de carbono y el aluminio. Los materiales compuestos de fibra de carbono han migrado a muchos vehículos durante la última década. Ejemplos recientes son el automóvil BMW i3, en su mayoría compuesto, y los concept car Lamborghini Veneno Roadster y Sesto Elemento; algunos de sus vehículos contienen hasta un 80% de material compuesto de fibra de carbono. La fibra de carbono es bastante cara en comparación con el acero o el aluminio y resiste procesos de fabricación de alto ritmo. Además, la fibra de carbono no es reciclable. Funciona bien para proporcionar el peso ligero y la rigidez deseados para vehículos de alto rendimiento, pero no se traduce bien cuando se desean vehículos con un costo asequible y una producción de alta velocidad. El aluminio es una alternativa de menor costo para reducir el peso en todos los tipos de vehículos. Si bien el aluminio es un material alternativo de menor costo para reducir el peso, no está exento de desafíos en la transición a la producción para una producción de alto ritmo en todos los tipos de vehículos de carretera. El aluminio se ha utilizado en automóviles durante muchos años en aplicaciones limitadas en partes de la carrocería como capós, tapas de maletero y portones traseros. Algunos paneles laterales de aluminio existen en algunos tipos de vehículos. La aplicación de aluminio a los capós@tapas del maletero@ y portones traseros representa piezas adjuntas que se atornillan a la estructura principal del vehículo. La aplicación del aluminio cuando se combina con acero y se integra en los principales componentes estructurales de un vehículo presenta un importante desafío de diseño/ingeniería y fabricación para una industria profundamente arraigada en el acero. Para una industria caracterizada por fábricas llenas de miles de robots que escupen chispas mientras sueldan piezas y piezas de acero, el aluminio es un material extraño plagado de procesos de fabricación desconocidos. La industria aeroespacial ha reconocido desde hace mucho tiempo las ventajas del aluminio para reducir el peso y al mismo tiempo proporcionar un material más moldeable que el acero. La ??bondad?? Las características del aluminio se ven compensadas por su necesidad de procesos de fabricación más complejos y su sensibilidad a la corrosión y daños durante el montaje. El aluminio se puede soldar y, en determinadas aplicaciones, los métodos de soldadura tradicionales proporcionan una solución de unión satisfactoria. Para la mayoría de las piezas y piezas hechas de aluminio y unidas a otras piezas y piezas de aluminio o acero, la unión y fijación son los métodos preferidos y más frecuentes. Antes de que se produzca la transformación de vehículos mayoritariamente de acero en vehículos mayoritariamente de aluminio, se deben considerar e incorporar nuevos criterios de diseño. La complejidad del diseño aumenta cuando se reemplaza el acero con aluminio@ o se combina aluminio y acero en un conjunto unificado. El aluminio es un material más blando. Los componentes estructurales que antes eran de acero requieren un rediseño considerable para proporcionar la resistencia@rigidez@y durabilidad necesarias para cumplir con los requisitos de seguridad y rendimiento del vehículo. Simplemente reemplazar una pieza de aluminio por una pieza de acero en la lista de materiales no funcionará. El método de unión complica la solución de ingeniería para la transición de un vehículo de acero a aluminio o de acero a un conjunto combinado de acero y aluminio. Unir acero con acero mediante tecnología de soldadura automatizada es un proceso de fabricación bien comprendido con resultados conocidos en la industria automotriz. La transición a la unión@fijación@ y otros medios para mantener juntas todas las piezas del vehículo presenta un desafío de diseño e ingeniería. El tamaño@ posicionamiento@ colocación@ y la profundidad de penetración adecuados de los sujetadores contribuyen a la resistencia@ durabilidad@ y rendimiento de un vehículo. Es inaceptable intentar simplemente transferir las posiciones de soldadura por puntos de un proceso anterior a la colocación de sujetadores. También complican el desafío de diseño e ingeniería de unir y sujetar piezas y piezas de aluminio los nuevos desafíos de fabricación para el acceso y la automatización de los nuevos procesos necesarios para la integración del aluminio en el vehículo. Automatizar el proceso de fijación o unión es mucho más complejo que automatizar la soldadura por puntos. Si se emplea el proceso de unión, los criterios de evaluación y colocación de la línea de unión deben incluirse en la ingeniería y el diseño del vehículo. Las propiedades de resistencia del aluminio adherido a lo largo de la línea de unión dependen en gran medida de muchos factores, incluida la preparación y limpieza del material, la uniformidad de la línea de unión, la aplicación controlada, los huecos y la temperatura/humedad en el momento de la aplicación. Esto complica un entorno de fabricación de acero históricamente poco prístino. La fijación de una estructura de aluminio a otras piezas de aluminio o al acero añade complejidad al desafío de ingeniería de diseño y fabricación. La corrosión es el enemigo del aluminio. La industria aeroespacial sabe desde hace mucho tiempo que, dado el acceso más pequeño a la entrada, la corrosión en el aluminio encontrará una abertura y se propagará. La corrosión en las piezas de aluminio migra@ muchas veces de forma clandestina. Muchas veces permanece invisible y continúa degradando la resistencia del material hasta que ocurre una falla en la pieza o el ensamblaje. Un vehículo ensamblado principalmente en aluminio tiene mil lugares de entrada y propagación de corrosión@ que puede propagarse rápidamente. Cada elemento de fijación en los vehículos aeroespaciales@ y, por extensión, en los vehículos de carretera@ debe protegerse meticulosamente para evitar la entrada de corrosión. La simulación y el modelado para evaluar y predecir la corrosión galvánica pueden proporcionar la información necesaria durante la fase de diseño para reducir o eliminar los efectos de la corrosión. Otros inhibidores de la corrosión incluyen diversas aplicaciones de recubrimiento que proporcionan una barrera eficaz contra la penetración de humedad en el metal. Las mejoras en la fabricación, como las salas limpias, son adiciones necesarias para la preparación y aplicación de revestimientos y pintura al aluminio. Las opciones de soldadura son aplicables para eliminar los sujetadores que se están considerando para unir partes de carrocerías de automóviles. La soldadura por fricción y agitación se consideró hace mucho tiempo una opción viable para reemplazar los sujetadores en los aviones de aluminio. Para la industria aeronáutica, la rápida sustitución del aluminio por compuestos de fibra de carbono de alta resistencia acabó con la migración de este tipo de tecnología a las estructuras de muchos de los aviones actuales. Sigue siendo una opción viable unir ciertas piezas de carrocerías de automóviles a medida que más aluminio se abre paso en los vehículos de carretera del mañana. Otra limitación y consideración de diseño/ingeniería son las propiedades del material más blando del aluminio. Una vez más, los diseñadores aeroespaciales han reconocido que las propiedades blandas y conformables del aluminio deben reforzarse cuando se incorporan en áreas que requieren tanto rigidez como ligereza. Una forma de lograr rigidez manteniendo el peso ligero deseado de una pieza de aluminio es incorporar un núcleo intercalado entre dos piezas de aluminio. Se produce una pieza más ligera pero con el beneficio añadido de la rigidez. La inclusión de un núcleo para piezas específicas proporciona los atributos de rigidez combinados con peso ligero cuando ambos son necesarios. Están surgiendo nuevos metales que fusionan eficazmente el hierro y el aluminio en un material híbrido más liviano que proporciona una rigidez superior a la de un material puramente de aluminio. Algunos de estos materiales están entrando en producción y ofrecen una opción viable a un vehículo puramente de aluminio. Proporcionan rigidez con sólo una penalización de peso marginal. Este libro abordará algunas soluciones innovadoras para mitigar los desafíos de migrar aluminio a las carrocerías de camionetas pesadas y otros vehículos de pasajeros y utilitarios. Está organizado cronológicamente desde el diseño/ingeniería@ simulación@ producción de materia prima de aluminio de bajo costo@ materiales híbridos@ corrosión@ y las opciones para unir las distintas piezas de aluminio o aluminio/acero en un vehículo ensamblado. También incluye un capítulo sobre la inclusión de núcleo entre láminas de aluminio para aumentar la rigidez. Agregar aluminio para reducir el peso de los vehículos de carretera no está exento de desafíos y costos. Se estima que la adición de aluminio añadirá hasta 500 dólares estadounidenses al coste de un automóvil que antes estaba fabricado de acero. Ese costo se compensa con una mayor economía de combustible y la mayor seguridad y comodidad que recibe el conductor al conservar la utilidad del vehículo más grande. Los consumidores quieren un automóvil que proporcione comodidad@ seguridad@ potencia@ y la utilidad que el camino de la miniaturización automática hacia la economía de combustible no puede proporcionar. Se reducirá el costo de integrar material de aluminio en un vehículo que antes era principalmente de acero mediante procesos de fabricación maduros y robustos. A medida que la aplicación se difunda y la curva de aprendizaje madure, evolucionará un proceso de fabricación sólido y comprendido para incorporar las tecnologías, los materiales y los procesos descritos en este libro. No abarcan todo lo que debe abordarse a medida que la industria automotriz hace la transición hacia una combinación de metales que conformará el vehículo del futuro. Pero comprender estas opciones inicia el camino hacia una mejor comprensión de las opciones y soluciones para agregar el aluminio como opción material. El material llamado aluminio@, que alguna vez dominó el mercado aeroespacial y ahora está en declive@, puede renacer como el futuro material elegido para los vehículos de carretera.